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锂离子电池之父研制新型钠-玻璃快充电池

来源:【TRD】 发布日期:2020-05-11 分享 加入收藏 关注:477

锂电池之父、2019年诺贝尔化学奖得主约翰·古迪纳夫近日透露,已研制出钠-玻璃电池,其储能力是当前锂电池的3倍。


论文和专利中先容,钠-玻璃电池使用了掺杂钠或锂等碱金属的玻璃作为电解质(充放电时,离子穿过阳极和阴极的介质),其储能力是当前锂电池的3倍,而且用于配置电动汽车后,可以分分钟满电,不再需要以小时计。新电池还具备安全、长寿命、成本低的特点,不再需要严格依赖锂来开发。


据国际IT专业杂志PCWorld报道,古迪纳夫这一里程碑式的研究于近日发表在《能源与环境科学》(Energy&EnvrionmentalScience)上。


古迪纳夫是费米奖得主,对材料科学与技术,特别是锂离子电池领域做出了重要贡献。他既是钴酸锂、锰酸锂和磷酸铁锂阳极材料的发明人,还发现钴酸锂材料可用作锂离子电池阴极,加快了锂离子电池的商业化,对全球经济产生了重要影响。


此次,古迪纳夫与玛丽亚·海伦娜·布拉加(MariaHelenaBraga)合作开发出一款电池,使用固态玻璃作为电解质。据了解,此款电池具有许多优点,如不易燃烧、体积能量密度高、循环寿命长、充放电速度快等。


研究人员表示,固态电池能够解决包括安全性在内的许多问题。例如,去年年底韩国SAMSUNG集团因电池起火爆炸而被迫召回其生产的SAMSUNGGalaxyNote7手机。调查显示,在SAMSUNGGalaxyNote7手机电池事故中,主要是因为短路引起电池温度过热,或者电池爆炸。据电脑世界报道,电池短路的原因之一是被称为“树突(或树枝)”的金属晶须自发地形成,并穿透隔离电池阴极和阳极的电解质屏障。


约翰·古迪纳夫和玛丽亚·海伦娜·布拉加声称,使用玻璃电解质的固态电池能够防止这些造成短路的金属晶须的形成。


根据试验发现,固态电池的能量密度接近传统锂离子电池的3倍。这也就意味着,理论上,在相同体积的情况下,固态电池上能够存储相当于锂离子电池3倍的电量。同时,研究人员还表示,固态电池能充、放电超过1200个周期,还能在零下4华氏度(相当于零下15.6摄氏度)的环境中正常使用。


约翰·古迪纳夫和玛丽亚·海伦娜·布拉加教授先前研发出的非晶固态电解质。


据悉,约翰·古迪纳夫和玛丽亚·海伦娜·布拉加目前正在继续推进他们的固态电池研究,并且还准备申请专利。他们表示,使用钠元素制作的固态玻璃电解质,会比锂离子电池使用的锂元素更加利于环保,也能够简化制造过程。所以计划近期与电池制造商合作,开发和测试为电动汽车和能源存储装置提供的新型电池。


有分析认为,固态电池投入市场以后将给电动车行业带来巨大变革。因为更高的能量密度意味着,一辆电动汽车一次充电后的续航里程将被大幅提高。除此之外,该新款固态电池中的电解质在低温环境中仍然具有很高的导电性,因此可以确保电动汽车在零度以下的天气中仍然能正常工作。


古迪纳夫向《麻省理工科技评论》表示,他们正在准备给这款新型固态电池申请专利,并计划与电池生产厂商合作,开发和测试为电动汽车和能源存储装置提供的新型电池。


“产品的开发会与电池生产商合作完成,我才不想做产品研发,也不想做生意,毕竟我已经94岁了,要那些钱也没什么用。”古迪纳夫说道。


约翰·古迪纳夫在1922年7月25日于德国出生,是美国德州大学奥斯汀分校机械工程系教授、固体物理学家,钴酸锂、锰酸锂和磷酸铁锂正极材料的发明人,锂离子电池的奠基人之一。


年过九旬的他仍然奋斗在科研一线,致力于研发高密度、高安全性的固态电池,解决人类的潜在能源问题。古迪纳夫如今是德克萨斯大学奥斯汀分校的教授,上周,他首次透露,钠-玻璃电池已研制成型。


论文和专利中先容,钠-玻璃电池使用了掺杂钠或锂等碱金属的玻璃作为电解质(充放电时,离子穿过阳极和阴极的介质),其储能力是当前锂电池的3倍,而且用于配置电动汽车后,可以分分钟满电,不再需要以小时计。


据悉,新电池还具备安全、长寿命、成本低的特点,不再需要严格依赖锂来开发。钠-玻璃电池获得进一步验证后将投入商用,锂电池之父能用新创造来取代他曾经给带来的巨大贡献吗,拭目以待。


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